材料科学基础 第1章 材料中的晶体结构3分析.ppt

（4) 有序固溶体 固溶体中的溶质和溶剂原子如果呈现完全有序的的排列，则就形成了有序固溶体。 原子排列有序化的条件是异类原子之间的相互吸引力大于同类原子，这样可使超结构的自由能比无序排列的固溶体更低，从而成为稳定的结构。 影响有序化的因素熔体的温度、冷却速度，合金元素成分组成等 结构类型 典型合金 合金举例 以面心立方为基的有序固溶体 Cu3Au 型 CuAu I 型 CuAuⅡ 型 Ag3Mg, Au3Cu, FeNi3, Fe3Pt AuCu, FePt, NiPt CuAuⅡ 以体心立方为基的有序固溶体 CuZn(?-黄铜)型 Fe3Al 型 ??-CuZn, ?-AlNi, ?-NiZn, AgZn, FeCo, FeV, AgCd Fe3A1, ??-Fe3Si, ?-Cu3Sb, Cu2MnAl 以密排六方为基的有序固溶体 MgCd3 型 Cu3Sn, Mg3Cd, Ag3In, Ti3Al 1）有序固溶体的类型 1.4 合金相结构 合金是指由两种或两种以上的金属或金属与非金属经熔炼、烧结或其他方法组合而成并具有金属特性的物质。组成合金的基本的独立的物质称为组元。 相是指具有同一聚集状态、同一晶体结构和性质并以界面相互隔开的均匀组成部分。合金根据元素的存在状态分为固溶体和中间相两大类。 1.4.1 固溶体 固溶体是指以某一组元为溶剂，在其晶体点阵中溶入其他组元原子（溶质原子）所形成的均匀混合的固态溶体，它保持着溶剂的晶体结构类型 。 根据溶剂原子在晶体结构中的位置可分为置换固溶体和间隙固溶体。根据溶质原子的溶解度可分为有限固溶体和无限固溶体。根据溶质原子的分布规律固溶体可分为无序固溶体和有序固溶体。 （1）置换固溶体 置换固溶体是指溶剂原子占据晶体结构中溶质原子的位置而形成的固溶体。根据溶剂原子溶入的限度，置换固溶体可分为有限固溶体和无限固溶体 影响固溶度的因素有晶体结构、原子尺寸、化学亲和力和电价。 1）晶体结构对固溶度的影响 晶体结构相同是形成无限固溶体的必要条件，不同结构的组元只能形成有限固溶体。形成有限固溶体时，溶质元素与溶剂元素的结构类型相同，则溶解度通常也较不同时为大。 元素 结构类型 γ-Fe中最大溶解度/% α-Fe中最大溶解度/% 室温时α-Fe中溶解度/% Ni 面心立方 100 ～10 ～10 V 体心立方 1.4 100 100 Cu 面心立方 ～8 2.13 0.2 2)原子尺寸对固溶度的影响 当|r溶剂原子－r溶质原子|/r溶剂原子小于15%时，有利于形成溶解度较大的固溶体；此值越大，则溶解度越小。主要是因为此值越大，表明两种原子的半径相差越大，形成置换固溶体点阵畸变增大，畸变能提高。 3)电负性对固溶度的影响 电负性相差愈大，元素间的亲和力愈强，愈倾向于形成化合物而不利于形成固溶体;生成的化合物越稳定，则固溶体的溶解度越小。 4)化合价对固溶度的影响 对于铜、银和金，在尺寸因素有利的情况下，溶质原子的化合价越高，所形成固溶体的固溶度越小。它们最大溶解度的电子浓度值都接近于1.4。电子浓度：e/a=VA(1-x)+VBx 300 500 700 900 1100 0 10 20 30 40 700℃ Cu-As 823℃ Cu-Ge 915℃ Cu-Ga 902℃ Cu-Zn 7% 12% 20% 38% 温度(℃) 溶质原子分数(%) 铜合金的固相线和固溶度曲线 极限电子浓度 （2）间隙固溶体 间隙固溶体是指溶质原子分布于溶剂晶格间隙而形成的固溶体。影响间隙固溶体固溶度的因素包括溶质原子的大小和晶体结构中间隙的大小和形状。 1)间隙固溶体中原子的尺寸 形成间隙固溶体的溶质原子一般较小，当它与溶剂原子半径相差超过41%时，溶质原子容易进入溶剂原子的间隙而形成间隙固溶体。但溶质原子的尺寸仍大于间隙尺寸，因此会引起晶格畸变，因此，间隙固溶体都为有限固溶体，其固溶度较小。  常见的间隙原子包括H、B、C、N、O等，其原子尺寸通常小于0.1nm 0.046nm 0.097nm 0.077nm 0.071nm 0.060nm 2)晶体中间隙的形状及对固溶度的影响 面心立方和密排六方的八面体间隙为0.414ra；四面体间隙为0.225ra。体心立方的八面体间隙半径在不同方向上差别较大，其中在100方向为0.154ra，在110方向为0.633ra；四面体间隙为0.291ra。 在体心立方中100方向上的八面体间隙半径小于其它方向、